一種主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】一種主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)支撐板、方形框架和U形框架；所述方形框架上靠近U形框架的一側(cè)固定安裝有座椅，且其上固定安裝有豎直L形支架，該豎直L形支架通過固定板與座椅后部一側(cè)固接，所述座椅后部的另一側(cè)安裝安全帶張力傳感器，所述固定板上設(shè)置有預(yù)緊安全帶卷收器及安全帶卷收控制器，所述U形框架上固定安裝有超聲波測距傳感器，在所述試驗(yàn)支撐板上安裝制動(dòng)踏板，制動(dòng)踏板上設(shè)置有制動(dòng)踏板力傳感器；所述安全帶卷收控制器分別與預(yù)緊安全帶卷收器、制動(dòng)踏板力傳感器和超聲波測距傳感器連接。該裝置通過試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)式預(yù)緊安全帶控制系統(tǒng)預(yù)定的預(yù)警機(jī)制和安全帶主動(dòng)預(yù)緊的功能，且工作穩(wěn)定可靠。
【專利說明】
一種主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今，安全帶已作為成員約束系統(tǒng)中的重要組成部分，是被事實(shí)證明了的最重要 且最有效的安全裝置。汽車的安全性能由預(yù)知和規(guī)避危險(xiǎn)、并防止事故于未然的汽車主動(dòng) 安全和當(dāng)事故發(fā)生時(shí)防范駕乘人員受到傷害的被動(dòng)安全組成。安全帶主要用來當(dāng)汽車遇到 意外情況緊急制動(dòng)時(shí)，將駕乘人員束縛在座椅上，從而保護(hù)駕乘人員免受二次沖撞造成傷 害。據(jù)國內(nèi)外多項(xiàng)研究表明，駕駛?cè)说钠隈{駛和違規(guī)操作是導(dǎo)致交通事故的主要原因，占 到交通事故總數(shù)的75%。通過對駕駛?cè)诵熊嚑顟B(tài)的檢測和及時(shí)向駕駛?cè)颂峁┫嚓P(guān)信息，可 以有效地減少交通事故的發(fā)生。因此，對于安全帶的研究對汽車行車安全具有重要意義。特 別的，對于安全帶在主動(dòng)安全方面的研究，是具有前瞻性和啟迪性的。
[0003] 傳統(tǒng)的三點(diǎn)式安全帶和現(xiàn)有的預(yù)緊式安全帶均屬于被動(dòng)安全的范疇，又由于現(xiàn)有 的預(yù)緊式安全帶是通過內(nèi)置的爆燃?xì)怏w發(fā)生劑在碰撞發(fā)生后才能起到預(yù)緊的目的且發(fā)生 碰撞后裝置中的氣體發(fā)生劑需要及時(shí)更換，不能滿足主動(dòng)安全的要求，這樣不僅沒有很好 的起到預(yù)知危險(xiǎn)、降低危險(xiǎn)的功能還大大增加了后期成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝 置，該裝置通過試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)式預(yù)緊安全帶控制系統(tǒng)預(yù)定的預(yù)警機(jī)制和安全帶主動(dòng)預(yù)緊 的功能，且工作穩(wěn)定可靠。
[0005] 如上構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] -種主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)支撐板、位于該試驗(yàn)支撐板一側(cè) 的方形框架和位于該試驗(yàn)支持板另一側(cè)的U形框架;所述方形框架上靠近U形框架的一側(cè)固 定安裝有座椅，所述方形框架上固定安裝有豎直L形支架，該豎直L形支架通過固定板與座 椅后部一側(cè)固接，所述座椅后部的另一側(cè)安裝安全帶張力傳感器，所述固定板上設(shè)置有預(yù) 緊安全帶卷收器及安全帶卷收控制器，所述U形框架上固定安裝有超聲波測距傳感器，在所 述試驗(yàn)支撐板上安裝制動(dòng)踏板，制動(dòng)踏板上設(shè)置有制動(dòng)踏板力傳感器;所述安全帶卷收控 制器分別與預(yù)緊安全帶卷收器、制動(dòng)踏板力傳感器和超聲波測距傳感器連接，安全帶卷收 控制器接收制動(dòng)踏板力傳感器和超聲波測距傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)并處理，根據(jù)處理結(jié)果輸出 控制指令至所述預(yù)警安全帶卷收器。
[0007] 所述預(yù)警安全帶卷收器包括安全帶卷收機(jī)構(gòu)和與該安全帶卷收機(jī)構(gòu)連接的電機(jī) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和與電機(jī)連接的電磁離合器。
[0008] 所述安全帶卷收控制器包括單片機(jī)MC9S12DP256、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886和電磁離 合器驅(qū)動(dòng)電路；電磁離合器驅(qū)動(dòng)電路包括NPN型三極管S8050和繼電器SRD-05VDC-SL-C;其 中，NPN型三極管S8050和繼電器SRD-05VDC-SL-C串聯(lián)與電磁離合器連接控制電磁離合器的 開合，在繼電器線圈兩引腳DCLH+和PGND之間并聯(lián)了二極管1N4007，NPN型三極管S8050的基 極引腳直接與單片機(jī)的I/O 口相連，通過控制I/O 口高低電平的變化來控制電磁離合器的接 通與斷開。
[0009] 所述超聲波測距傳感器采用KS-103。
[0010] 所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886上串聯(lián)電流傳感器，該電流傳感器的輸出端與單片機(jī) MC9S12DP256連接。
[0011] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0012] 1、本發(fā)明接收并解析車輛行駛預(yù)警傳感器(超聲波測距傳感器）、駕駛員對車輛的 操縱狀況傳感器(制動(dòng)踏板力傳感器)輸送的數(shù)據(jù)，預(yù)測碰撞事故發(fā)生的可能性，在必要情 況下將安全帶預(yù)先收緊，以消除汽車安全織帶與乘員身體之間的間隙，從而防止或降低碰 撞帶來的沖擊傷害。
[0013] 2、本發(fā)明采用非破壞性的工作方式可重復(fù)使用實(shí)現(xiàn)多次預(yù)緊，滿足了安全帶主動(dòng) 安全的要求，旨在實(shí)現(xiàn)集預(yù)警、預(yù)緊、限力于一體的集成式安全功能。
[0014] 3、本發(fā)明可對參數(shù)條件設(shè)定完成的主動(dòng)式預(yù)緊安全帶系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測試，以便進(jìn) 行修正，當(dāng)通過試驗(yàn)測試后再安裝于汽車上進(jìn)行實(shí)體試驗(yàn)，以降低試驗(yàn)成本及提高試驗(yàn)的 效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是安全帶卷收控制器的電原理圖；
[0017] 圖3是電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886的電路圖；
[0018] 圖4是電磁離合器驅(qū)動(dòng)電路的電路圖；
[0019] 圖5是電流傳感器的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0021] 請參考圖1，本發(fā)明還提供了一種主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)支撐 板1、位于該試驗(yàn)支撐板1 一側(cè)的方形框架2和位于該試驗(yàn)支持板另一側(cè)的U形框架3,所述方 形框架2上靠近U形框架3的一側(cè)固定安裝有座椅4,所述方形框架2上位于所述座椅4右后側(cè) 固定安裝有豎直L形支架5和安裝在該L形支架5上的固定板6。在所述座椅4的左側(cè)設(shè)置有安 全帶張力傳感器，在固定板6上設(shè)置有預(yù)緊安全帶卷收器9及安全帶卷收控制器10，在U形框 架3上固定安裝有超聲波測距傳感器7。在所述試驗(yàn)支撐板1上的制動(dòng)踏板8,制動(dòng)踏板8上設(shè) 置有制動(dòng)踏板力傳感器。所述安全帶卷收控制器10分別與預(yù)緊安全帶卷收器9、制動(dòng)踏板力 傳感器和超聲波測距傳感器7連接，安全帶卷收控制器用于接收所述制動(dòng)踏板力傳感器和 超聲波測距傳感器7發(fā)送的數(shù)據(jù)并處理，根據(jù)處理結(jié)果輸出控制指令至所述預(yù)警安全帶卷 收器9。
[0022]本發(fā)明采用KS-103超聲波測距傳感器7和制動(dòng)踏板力傳感器8,即綜合行車與前方 障礙物的距離和駕駛員踩制動(dòng)踏板力的大小確定3個(gè)安全級別，達(dá)到對駕駛?cè)藛T提醒和安 全帶提前預(yù)緊的目的。
[0023] 所述預(yù)緊安全帶卷收器9包括安全帶卷收機(jī)構(gòu)和與該安全帶卷收機(jī)構(gòu)連接的電機(jī) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括小功率直流永磁電機(jī)和與該電機(jī)連接的電磁離合器。該 預(yù)警安全帶卷收器9利用小功率直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，依靠電磁離合器，并通過齒輪的等比傳 動(dòng)控制安全帶的卷收。
[0024] 本發(fā)明經(jīng)過大量的試驗(yàn)，預(yù)緊安全帶卷收器設(shè)計(jì)參數(shù)如下表所示，
[0026] 安全帶卷軸收直徑是通過測量帶有部分織帶的現(xiàn)有安全帶得到。設(shè)計(jì)最大卷收拉 緊力Fdmax是通過彈簧測力計(jì)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)在一輛豐田系列轎車上得到的。一般安全帶與乘 員身體之間留有間隙，拉緊力遠(yuǎn)小于100N，因此額定卷收拉緊力初步定在30N。設(shè)計(jì)卷收量 Sd是根據(jù)火藥式預(yù)緊安全帶卷收量確定的。卷收時(shí)間t是根據(jù)電機(jī)響應(yīng)時(shí)間、碰撞過程等的 量級確定的。
[0027] 本發(fā)明設(shè)計(jì)采用小功率直流永磁電機(jī)。根據(jù)上述參數(shù)具體計(jì)算如下：
[0028] 1)計(jì)算卷收線速度：
[0029] (14)
[0030]
[0031] (1-.2).
[0032]
[0033] (1-3)
[0034]
[0035] (1-4)
[0036] 5)計(jì)算拉緊功率：
[0037] Pd = Fd Vd = 30NX0.667m/s = 20ff (1-5)
[0038] 為節(jié)省空間減速速裝置全部在減速器內(nèi)，即外部傳動(dòng)比為1。
[0039] 6)計(jì)算電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速：
[0040] nr = nd = 318r/min (1-6)
[0041] 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算數(shù)據(jù)，本發(fā)明優(yōu)選一款具有減速器的直流永磁型電機(jī)，具體 參數(shù)如下表所示。
[0045] ( 1-7 ) L0043J 根據(jù)選定的電機(jī)，確定最終設(shè)計(jì)參數(shù)
，具體如卜：[0044] 7)電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速：
[0046]
[0047] ( 1 8)
[0048]
[0049] (1-9) r .............
[0050] 由于該設(shè)計(jì)采用等比齒輪傳動(dòng)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(作者:殷國富，趙汝嘉;機(jī)械設(shè) 計(jì)手冊(新編軟件版)2008[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008)查得的傳動(dòng)效率范圍在0.93到 〇 · 98之間，所以取n = 〇 · 95，則實(shí)際輸出的拉緊力矩如下：
[0051] 10)電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩：
[0052]
[0053]
[0054] (.1-1.1)
[0055] 卯囹Ζ、3、4/7Γ不：所邊女生市夜嘆設(shè)明益米用treescale公司的MC9S12DP256和 MC33886作為控制器的邏輯主控芯片和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，電磁離合器驅(qū)動(dòng)電路利用NPN型三極 管S8050和繼電器SRD-05VDC-SL-C串聯(lián)控制電磁離合器的開合，在繼電器線圈兩引腳DCLH+ 和PGND之間并聯(lián)了二極管1N4007，NPN型三極管S8050的基極引腳直接與單片機(jī)的I/O 口相 連，通過控制I/O 口高低電平的變化來控制電磁離合器的接通與斷開。
[0056]本發(fā)明對織帶拉緊力的控制采用衡力矩控制，其本質(zhì)是對電機(jī)的衡扭矩控制，直 流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)會(huì)有電流流過電樞繞組，通電導(dǎo)體位于磁場中會(huì)受到電磁力的作用，作 用在直流電機(jī)電樞上的電磁力形成電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩公式如下：
[0057]

[0058] 式中 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，Φ是主磁極的每級有效磁通的平均值。
[0059] -臺(tái)市|」?元戰(zhàn)tf」電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)是一定的，有效磁通量波動(dòng)量很小，可以近似為 常數(shù)。因此直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與通過電樞的電流成正比關(guān)系。因此對于電機(jī)的恒扭矩控 制可以轉(zhuǎn)變成電機(jī)的恒電流控制。因此設(shè)計(jì)中利用采用了霍爾式的電流傳感器TBC-5PS5對 電流進(jìn)行采樣并和設(shè)定值進(jìn)行比較采用數(shù)字PI控制以達(dá)到對電機(jī)的恒電流控制。該電流傳 感器的采樣電流為5A，傳感器內(nèi)部自帶采樣電阻，芯片輸出的為電壓量，輸出端1引腳直接 與單片機(jī)MC9S12DP256的ADC引腳，電流傳感器串聯(lián)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886上。如圖5所示。
[0060]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能 因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制，但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技 術(shù)方案，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括試驗(yàn)支撐板、位于該試驗(yàn)支 撐板一側(cè)的方形框架和位于該試驗(yàn)支持板另一側(cè)的U形框架;所述方形框架上靠近U形框架 的一側(cè)固定安裝有座椅，所述方形框架上固定安裝有豎直L形支架，該豎直L形支架通過固 定板與座椅后部一側(cè)固接，所述座椅后部的另一側(cè)安裝安全帶張力傳感器，所述固定板上 設(shè)置有預(yù)緊安全帶卷收器及安全帶卷收控制器，所述U形框架上固定安裝有超聲波測距傳 感器，在所述試驗(yàn)支撐板上安裝制動(dòng)踏板，制動(dòng)踏板上設(shè)置有制動(dòng)踏板力傳感器;所述安全 帶卷收控制器分別與預(yù)緊安全帶卷收器、制動(dòng)踏板力傳感器和超聲波測距傳感器連接，安 全帶卷收控制器接收制動(dòng)踏板力傳感器和超聲波測距傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)并處理，根據(jù)處理 結(jié)果輸出控制指令至所述預(yù)警安全帶卷收器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述預(yù)警安全 帶卷收器包括安全帶卷收機(jī)構(gòu)和與該安全帶卷收機(jī)構(gòu)連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和與電機(jī)連接的電磁離合器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述安全帶卷 收控制器包括單片機(jī)MC9S12DP256、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886和電磁離合器驅(qū)動(dòng)電路；電磁離 合器驅(qū)動(dòng)電路包括NPN型三極管S8050和繼電器SRD-05VDC-SL-C;其中，NPN型三極管S8050 和繼電器SRD-05VDC-SL-C串聯(lián)與電磁離合器連接控制電磁離合器的開合，在繼電器線圈兩 引腳DCLH+和PGND之間并聯(lián)了二極管1N4007，NPN型三極管S8050的基極引腳直接與單片機(jī) 的I/O 口相連，通過控制I/O 口高低電平的變化來控制電磁離合器的接通與斷開。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述超聲波測 距傳感器采用KS-103。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的主動(dòng)式預(yù)緊安全帶綜合試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述電機(jī)驅(qū)動(dòng) 芯片MC33886上串聯(lián)電流傳感器，該電流傳感器的輸出端與單片機(jī)MC9S12DP256連接。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK105841976SQ201610283440
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】關(guān)志偉, 杜峰, 趙宇, 閆光輝
【申請人】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)